[j]Питать низковольтную электро- и радиоаппаратуру выгоднее и проще от сети. Для этого наиболее приемлемы трансформаторные блоки питания, поскольку они безопасны в эксплуатации. Однако интерес к бестрансформаторным блокам питания (БТБП) со стабилизированным выходным напряжением не ослабевает. Одна из причин — сложность изготовления трансформатора. А вот для БТБП он не нужен — необходим лишь правильный расчет, но как раз это и пугает малоопытных начинающих электриков. Эта статья поможет сделать расчет и облегчит конструирование бестрансформаторного блока питания.[/j][/c]
[j]Упрощенная схема БПТП приведена на рис. 1. Диодный мост VD1 подключен к сети через гасящий конденсатор Сгас, включенный последовательно с одной из диагоналей моста. Другая диагональ моста работает на нагрузку блока — резистор Rн. Параллельно нагрузке подключены фильтрующий конденсатор Сф и стабилитрон VD2.[/j]
Рис. 1. Упрощенная схема БПТП
[j]Расчет блока питания начинают с задания напряжения Uн на нагрузке и силы тока Iн. потребляемого нагрузкой. Чем больше будет емкость конденсатора Сгас, тем выше энергетические возможности БПТП.[/j][/size]
[c]Расчет емкостного сопротивления[/c]
В таблице приведены данные по емкостному сопротивлению Хс конденсатора Сгас на частоте 50 Гц и среднему значению тока Iср, пропускаемого конденсатором Сгас, вычисленные для случая, когда Rн=0, то есть при коротком замыкании нагрузки. (Ведь к этому аномальному режиму работы БТБП не чувствителен, и в этом еще одно огромное преимущество перед трансформаторными блоками питания.)
Иные значения емкостного сопротивления Хс (в килоомах) и среднего значения тока Iср (в миллиамперах) можно вычислить по формулам:
[c][/c][/color]
Сгас — емкость гасящего конденсатора в микрофарадах.
Если исключить стабилитрон VD2, то напряжение Uн на нагрузке и ток Iн через нее будет зависеть от нагрузки Rн. Подсчитать эти параметры легко по формулам:
[c][/c][/color]
Uн — в вольтах, Rн и Хн — в килоомах, Iн — в миллиамперах, Сгас — в микрофарадах. (Далее в формулах используются те же единицы измерения.)
С уменьшением сопротивления нагрузки напряжение на ней тоже уменьшается, причем по нелинейной зависимости. А вот ток, проходящий через нагрузку возрастает, правда, весьма незначительно. Так, например, уменьшение Rн с 1 до 0,1 кОм (ровно в 10 раз) ведет к тому, что Uн снижается в 9,53 раза, а ток через нагрузку увеличивается всего лишь в 1,05 раза. Эта "автоматическая" стабилизация тока выгодно отличает БТБП .от трансформаторных источников питания.
Мощность Рн на нагрузке, вычисляемая по формуле:
[c]с[/c] уменьшением Rн снижается почти столь же интенсивно, как и Uн. Для того же примера потребляемая нагрузкой мощность уменьшается в 9,1 раза.
Поскольку ток Iн нагрузки при сравнительно небольших значениях сопротивления Rн и напряжения Uн на ней меняется крайне мало, на практике вполне допустимо пользоваться приближенными формулами:
[c][/c]Восстановив стабилитрон VD2, получим стабилизацию напряжения Uн на уровне Uст — значения практически постоянного для каждого конкретного стабилитрона. И при небольшой нагрузке (большом сопротивлении Rн) станет выполняться равенство Uн=Uст.[/size]
[c]Расчет сопротивления нагрузки[/c]
До каких же пределов можно уменьшать Rн, чтобы равенство Uн=Uст было справедливо? До тех, пока выполняется неравенство:
[c]
[/c]Следовательно, если сопротивление нагрузки окажется меньше рассчитанного Rн, напряжение на нагрузке уже не будет равно напряжению стабилизации, а окажется несколько меньше, поскольку ток через стабилитрон VD2 прекратится.[c]
[/c]
[/c]По мере уменьшения сопротивления нагрузки потребляемая ею мощность Pн=IнUн=U2ст/Rнвозрастает. А вот средняя потребляемая БПТП мощность, равная
[/c]остается неизменной. Объясняется это тем, что ток Iср разветвляется на два — Iн и Iст — и, в зависимости от сопротивления нагрузки, перераспределяется между Rн и стабилитроном VD2, причем так, что чем меньше сопротивление нагрузки Rн, тем меньший ток идет через стабилитрон, и наоборот. Значит, если нагрузка мала (или вовсе отсутствует), стабилитрон VD2 будет находиться в наиболее тяжелых условиях. Вот почему снимать нагрузку с БПТП не рекомендуется, иначе весь ток пойдет через стабилитрон, что может привести к выходу его из строя.
[/c]
Рис. 3. Двухполупериодный выпрямитель БТБП[/c]
[/c]
[/c]Если нагрузка не может быть включена постоянно, а стабилитрон отсутствует, номинальное напряжение фильтрующего конденсатора должно составлять более 450В, что вряд ли приемлемо из-за больших размеров конденсатора Сф. Кстати, в этом случае снова подключать нагрузку следовало бы лишь после отключения БТБП от сети.